Kelle tantani a ksrlettervezst SZALAY LUCA 1 KISS

Kell-e tanítani a kísérlettervezést? SZALAY LUCA 1 , KISS EDINA 1 TÓTH ZOLTÁN 2 1 EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM, KÉMIAI INTÉZET LUCA@CHEM. ELTE. HU 2 DEBRECENI EGYETEM 2017. NOVEMBER 15.

Az előadás tartalma I. Kutatásalapú tanítást a magyar iskolákba!/? II. A TÁMOP 4. 1. 2. B. 2 -13/1 -2013 -0007 projektben folytatott kutatás 1. Kutatási kérdések és a kutatás körülményei 2. Kutatási modell 3. Eredmények III. Az MTA-ELTE Kutatásalapú Kémiatanítás Kutatócsoport munkája 1. Kutatási probléma és kutatási kérdések 2. Kutatócsoport és kutatási módszer 3. Minta 4. Kutatási modell a 2016/2017. tanévben 5. Eredmények 6. Következtetések és feltételezések 7. „Újratervezés”… 8. Kutatási modell a 2017/2018. tanévben 2

I. Kutatásalapú tanítást a magyar iskolákba!/? 1. A ma oktatása és a jövő társadalma ”PISA 2006” - c. összefoglaló jelentés (Oktatási Hivatal, Budapest, 2007): Nem kielégítő a természettudományos megismerési folyamattal kapcsolatos, alkalmazható tudás! 2. Az Európai Unió 7. keretprogramja (FP 7): Minimum 2 millió € /projekt a kutatásalapú tanítás (inquiry based science education, IBSE) terjesztésére! 3. Szakirodalom: Hatékony? [pl. Kirschner, P. A. , Sweller, J. , Clark, R. E. , (2006), Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experiential, and Inquiry. Based Teaching, Educational Psychologist, 41(2), 75– 86. ] 4. Magyar valóság: Megvalósítható? (Az idő-, eszköz-, anyag-, laboráns-, valamint a magyar nyelvű feladatlapok és a módszertani továbbképzések hiánya…) 3

II. A TÁMOP 4. 1. 2. B. 2 -13/1 -2013 -0007 projekt „ORSZÁGOS KOORDINÁCIÓVAL A PEDAGÓGUSKÉPZÉS MEGÚJÍTÁSÁÉRT”

II. 1. Kutatási kérdések és a kutatás körülményei § Ötlet: Hagyományos tanulókísérletek kutatásalapúvá alakítása – a kísérletek közül legalább egyet a tanulók csoportjainak kell megtervezni és megvitatni. § Kutatási kérdések: • Okoz-e szignifikáns változást a kísérlettervező képességben mindössze 2 ilyen kísérlettervezés? • Okoz-e szignifikáns változást az egyéb feladatok megoldási képességében ez a beavatkozás? § Rövid beavatkozás: csak 5 tanítási óra (1. óra: előteszt, 5. óra: utóteszt) § 2014/15. tanév § 14 -15 éves tanulók, 2 kémiaóra/hét • 12 iskola, 15 tanár, 31 csoport, 660 tanuló 5

3. 3 KUTATÁSI MÓDSZER – modell A MODELL II. 2. Kutatási 3 reakciókinetika tárgyú óraterv készítése: 1. óra: Reakciósebesség 2. óra: Kémiai egyensúly 3. óra: A kémiai egyensúly befolyásolása A minta kiválasztása Adatgyűjtés Az eredmények elemzése Kontroll csoport Előteszt 3 tanóra, 0 kísérlet tervezése Utóteszt Kísérleti csoport Előteszt 3 tanóra, 2 kísérlet tervezése Utóteszt

II. 3. Eredmények § A KÍSÉRLETTERVEZÉSES feladatok terén: • Minden csoportban szignifikáns pozitív változás (a kontrollban is!). • A kontroll csoporthoz képest nagyobb pozitív változás a kísérleti csoportban. § A EGYÉB (nem kísérlettervezéses) feladatok terén: • Az alacsony teljesítményű csoport jobb eredményeket produkált az utóteszten az előteszthez képest. • A magas teljesítményű csoport (különösen a fiúk) esetén rosszabb eredmények születtek az utóteszten, mint az előteszten, de még így is szignifikánsan jobb a kísérleti csoportban, mint a kontroll csoportban. § Szalay, L. , Tóth, Z. , An inquiry-based approach of traditional ’step-by-step’ experiments, Chemistry Education Research and Practice, 2016, 17, 923 -961. 7

III. Az MTA-ELTE Kutatásalapú Kémiatanítás Kutatócsoport munkája „MEGVALÓSÍTHATÓ KUTATÁSALAPÚ KÉMIATANÍTÁS”

III. 1. Kutatási problémák és kutatási kérdések § Kutatási problémák: • Milyen hatása lehet hosszú távon a kísérlettervezésnek? • Hogyan tehetnénk hatékonyabbá? • Hogyan tudnánk széles körben és rendszeresen alkalmazni? § Kutatási kérdések: • Nőne-e a különbség a csoportok kísérlettervező képessége között egy hosszabb távú kutatás során? • Változtat-e a tanulók attitűdjén és motiváltságán egy ilyen beavatkozás? • Számít-e, hogy a tanulók ténylegesen elvégzik a megtervezett kísérleteket, vagy elég az elméletben való kísérlettervezés is? 9

III. 2. Kutatócsoport és kutatási módszer § Kutatócsoport: • 24 kémia tanár • 5 egyetemi oktató • 3 egyetemi hallgató (később csatlakoztak: TDK-sok, ill. szakdolgozók). § Kutatási módszer: • 4 tanév • 4 x 6 = 24 db tanulói feladatlap és tanári útmutató (tanévente 6 db) • Előteszt: 2016 ősze; 4 utóteszt: minden tanév végén § Kísérlettervező készség, egyéb ismeretek és tudás, attitűd § A tesztkérdések a Bloom-taxonómia szerint strukturálva § Az adatok statisztikai módszerekkel elemezve 10

III. 3. Minta § 18 gimnázium (6 vagy 8 osztályos) § 31 osztály/tanulói csoport § 883 hetedik osztályos tanuló (12 -13 évesek) § A tanulók véletlenszerűen szétválogatva 3 csoportra: • 1. csoport: recept alapján végez kísérleteket (kontroll) • 2. csoport: recept alapján végez kísérleteket + elméletben tervez • 3. csoport: megtervezi és el is végzi ugyanazokat a kísérleteket § Az első utótesztet már csak 853 tanuló oldotta meg: § 1. csoport: 289 fő, 2. csoport: 277 fő, 3. csoport: 287 fő § Újraszámolás kontrollcsoport-illesztéssel („matched pairs design”): • Az előteszt eredménye és a tanuló neme alapján • Csoportonként 209 fő 11

Kutatási modell– a. A 2016/2017. 3. 3 III. 4. KUTATÁSI MÓDSZER MODELL tanévben 6 db, tanulókísérleteket tartalmazó feladatlap elkészítése (6 tanórára), 3 változatban: 1. típus: csak receptszerű kísérletek 2. típus: receptszerű kísérletek + elméleti kísérlettervezés 3. típus: kísérlettervezés a gyakorlatban Az eredmények elemzése A minta kiválasztása 1. típusú feladatlapot végző csop. Előteszt 6 tanóra, csak receptszerű kísérletek („kontrol”) Utóteszt Adatgyűjtés 2. típusú feladatlapot végző csop. Előteszt 6 tanóra, receptszerű kísérletek + elméleti kísérlettervezés Utóteszt 3. típusú feladatlapot végző csop. Előteszt 6 tanóra, kísérlettervezés a gyakorlatban Utóteszt

III. 5. A) Eredmények – összes feladat Csoportok Előteszt Utóteszt M (%) SD (%) p (sign: p<0, 05) 1. csoport (kontroll) 41. 0 13. 7 3. csoport 38. 7 21. 0 - 2. csoport 39. 6 13. 7 3. csoport 37. 0 3. csoport 45. 3 14. 3 1. csoport 2. csoport 41. 6 Relatív p különbség* (szign: p<0, 05) -0. 0561 nem szign 16. 6 3. csoport -0. 0657 szign 21. 7 2. csoport -0. 0817 szign § *Relatív különbség = (Mutóteszt-Melőteszt)/Melőteszt § A kísérleti csoportokban szignifikánsan rosszabb eredmény az utóteszten! 13

III. 5. A) Eredmények – összes feladat ÚJRASZÁMOLT! Csak a 2. csoportban nincs szignifikáns csökkenés. 14

III. 5. B) Eredmények – kísérlettervező feladatok Csoport Előteszt Utóteszt g-faktor* p (szign: p<0, 05) 0. 122 szign M (%) SD (%) p (szign: p<0, 05) M (%) SD (%) p (szign. : p<0, 05) 1. csoport (kontroll) 25. 6 17. 7 3. csoport 34. 7 24. 9 - 2. csoport 24. 6 17. 7 3. csoport 33. 0 20. 9 3. csoport 0. 112 szign 3. csoport 31. 6 19. 4 1. csoport 2. csoport 38. 3 25. 8 2. csoport 0. 099 szign § *g-faktor = (Mutóteszt - Melőteszt)/(100 – Melőteszt) § Szignifikáns pozitív változás minden csoportban, de a 3. -ban a legkisebb. 15

III. 5. B) Eredmények – kísérlettervező feladatok ÚJRASZÁMOLT! Mindhárom csoportban szignifikáns növekedés, de a 2. csoportban a legnagyobb. 16

III. 5. C) Eredmények: kísérlettervező feladatok/tercilis Csoport / Tercilisek az előteszten nyújtott teljesítmény alapján Előteszt Utóteszt Relatív különbség/ M (%) SD (%) g-faktor p (szign: p<0, 05) M (%) SD (%) 1. csoport – Gyengék 8. 9 9. 3 22, 2 20. 6 0. 146 szign 1. csoport – Közepesek 22. 1 10. 1 35. 7 26. 5 0. 175 szign 1. csoport – Jók 43. 8 16. 3 42. 4 21. 4 -0. 032 nem szign 2. csoport – Gyengék 6. 9 8. 3 21. 9 20. 4 0. 161 szign 2. csoport – Közepesek 21. 8 9. 9 34. 1 20. 2 0. 157 szign 2. csoport – Jók 45. 0 13. 8 40. 9 18. 3 -0. 091 nem szign 3. csoport – Gyengék 8. 3 10. 7 19. 4 20. 65 0. 121 3. csoport – Közepesek 25. 3 13. 5 35. 0 2. 3 0. 130 szign 3. csoport – Jók 45. 2 15. 5 47. 9 24. 3 0. 049 nem szign Legjobb tercilisek: nincs szignifikánsan jobb eredmény! szign 17

III. 5. C) Eredmények: kísérlettervező feladatok/tercilisek ÚJRASZÁMOLT! A legjobbak esetében csökkenés, ami csak 2. csoport esetében nem szignifikáns. 18

III. 5. E) Eredmények – nemek és attitűd § A fiúk és a lányok teljesítménye között nincs szignifikáns eltérés. § A tanulók kevésbé szeretik a kémiát, mint a természetismeretet. § Az utóteszten szignifikánsan kisebb mértékben tartják fontosnak a tanulók azt, hogy elképzeléseiket kísérletekkel igazolják! § A tanulók jobban kedvelik a recept alapján végzett kísérleteket a tervezhetőkkel szemben!!! 20

III. 5. E) „Mennyire kedveled a kémiát/természetismeretet? ” (0 – 4) - csoportok ÚJRASZÁMOLT! A 2. és a 3. csoportban nem szignifikáns a csökkenés. 21

III. 5. E) „Mennyire kedveled a kémiát/természetismeretet? ” (0 – 4) - tercilisek ÚJRASZÁMOLT! A gyengéknél nem szignifikáns a növekedés. Az 1. és a 2. csoport legjobbjainál szignifikáns a csökkenés. 22

III. 5. E) „Mennyire tartod fontosnak, hogy a természettudományokban az elképzeléseinket kísérletekkel igazoljuk? ” (0 – 4) ÚJRASZÁMOLT! Mindhárom csoportban szignifikáns csökkenés! 23

III. 5. E) „Mennyire tartod fontosnak, hogy a természettudományokban az elképzeléseinket kísérletekkel igazoljuk? ” (0 – 4) - tercilisek ÚJRASZÁMOLT! Mindhárom csoport minden tercilisében szignifikáns csökkenés. 24

III. 5. E) „Jobban szeretem az olyan kísérleteket, amelyeket leírás (recept) alapján kell elvégezni, mint amelyeket nekem kell megtervezni. ” (0 – 4) ÚJRASZÁMOLT! A 3, 5 körüli átlag a max. 4 -hez képest nagyon sok! 25

III. 6. Következtetések és feltételezések § Egyelőre nem sikerült egyértelmű pozitív hatást elérni a kísérlettervező képesség fejlődése tekintetében • a 12 -13 éves korosztály esetén ( TÁMOP-os kutatás: 14 -15 évesek) • 1 tanéven át tartó beavatkozás során ( TÁMOP-os kutatás: 3 tanóra) § FELTÉTELEZÉSEK: • • • Szintugrás az absztrakciós készség fejlődésében 12 és 14 éves kor között? Az évi 6 óra kevés? Hosszabb távon nem marad meg a pozitív hatás? Elfáradtak a tanulók a tanév végére? A 45 perces tudásfelmérés nem elég megbízható? A magyar kémia tantervek zsúfoltsága demotiválja a tanulókat? 26

III. 7. „Újratervezés”… § Fejlődéspszichológus: Életkor és a kohort (akár pár évnyi különbség) számíthat! • A digitális bennszülöttek preferált módszere a „trial and error”, ami nem illeszkedik a szisztematikus tudományos megközelítéshez. • Számítógépes játékok: contingencia és azonnali megerősítés leszoktatnak a kitartó munkáról, ami a természettudományokban szükséges. • Direkt módon és a tanulók nyelvén el kell magyarázni a kísérlettervezés lényegét (pl. Piaget afrikai és dél-amerikai törzsekkel végzett kísérletei). • Képességfejlesztés elméletben is lehetséges, de hatékonyabb a gyakorlatban (pl. zongoratanulás hatékonysága elméletben kb. 60 -70%-a a gyakorlatinak). § A kísérlettervezést TANÍTANI KELL!!! Pl. az „Egyszerre csak egy tényezőt változtatunk („ceteris paribus”) elv alkalmazását: • 2. csoport esetén a receptszerű kísérlet UTÁN • 3. csoport estén a kísérlettervezés ELŐTT 27

III. 8. Kutatási. MÓDSZER modell a– 2017/2018. 3. 3 KUTATÁSI A MODELLtanévben 6 db, tanulókísérleteket tartalmazó feladatlap elkészítése (6 tanórára), 3 változatban: 1. típus: csak receptszerű kísérletek 2. típus: receptszerű kísérletek + magyarázat a kísérletek után 3. típus: magyarázat a kísérletek előtt + kísérlettervezés gyakorlatban Az eredmények elemzése A minta kiválasztása 1. típusú feladatlapot végző csop. Előteszt 6 tanóra, csak receptszerű kísérletek („kontrol”) Utóteszt Adatgyűjtés 2. típusú feladatlapot végző csop. Előteszt 6 tanóra, receptszerű kísérletek + magyarázat a kísérletek után Utóteszt 3. típusú feladatlapot végző csop. Előteszt 6 tanóra, magyarázat a kísérletek előtt + kísérlettervezés gyakorlatban Utóteszt

Az elődás elkészítését a Magyar Tudományos Akadémia Tantárgypedagógiai Kutatási Programja támogatta. MTA-ELTE Kutatásalapú Kémiatanítás Kutatócsoport „Megvalósítható kutatásalapú kémiatanítás” projekt Honlap: http: //ttomc. elte. hu/kiadvany/a z-mta-elte-kutatasalapukemiatanitas-kutatocsoportpublikacioi 29

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! SZERETETTEL VÁRJUK A MAGYAR TUDOMÁNY ÜNNEPÉNEK TOVÁBBI PROGRAMJAIN! WWW. TUDOMANYUNNEP. HU WWW. MTA. HU